CNC subtrativo vs. CNC-AM híbrido para reparo de ferramentas

Por PFT, Shenzhen

Manter as linhas de produção funcionando sem problemas em 2025 exige maximizar a vida útil de ferramentas críticas e de alto custo. As ferramentas de corte inevitavelmente se desgastam, levando à redução da qualidade das peças, ao aumento das taxas de sucata e ao dispendioso tempo de inatividade para substituição. Embora a usinagem CNC subtrativa convencional tenha sido por muito tempo o padrão para reparo e reforma de ferramentas, o surgimento de sistemas integrados de Fabricação Híbrida CNC-Aditiva (AM) oferece uma alternativa promissora. Os sistemas híbridos combinam fresamento/torneamento tradicional com processos de AM de deposição de energia direcionada (DED), como revestimento a laser ou fabricação aditiva por arco de arame (WAAM), tudo em uma única plataforma de máquina.

2 Métodos

• Reparo CNC Subtrativo: Áreas desgastadas foram usinadas em um centro de usinagem de 5 eixos para restaurar a geometria original. Os caminhos da ferramenta foram gerados a partir de modelos CAD da ferramenta original.
• Reparo Híbrido CNC-AM: As áreas desgastadas foram primeiro preparadas por meio de usinagem leve. O material ausente foi então reconstruído usando DED a laser (alimentação de pó) em uma máquina CNC-AM híbrida dedicada (por exemplo, DMG MORI LASERTEC, Mazak INTEGREX i-AM). Foi depositado pó de liga de aço para ferramentas correspondente. Finalmente, o material depositado foi usinado com acabamento para a geometria final precisa na mesma configuração. Os parâmetros de deposição (potência do laser, taxa de avanço, sobreposição) foram otimizados para entrada mínima de calor e diluição.
• Geometria: As geometrias pré e pós-reparo foram digitalizadas usando uma CMM (Máquina de Medição por Coordenadas) óptica de alta precisão. A precisão dimensional foi quantificada em relação aos modelos CAD.
• Integridade da Superfície: A rugosidade da superfície (Ra, Rz) foi medida perpendicularmente à direção de corte usando um perfilômetro de contato. Perfis de microdureza (HV0.3) foram obtidos em toda as zonas reparadas e zonas afetadas pelo calor (ZAC).
• Propriedades do Material: Seções transversais das áreas reparadas foram preparadas, gravadas e examinadas sob microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV) para avaliar a microestrutura, porosidade e integridade da ligação.
• Tempo de Processo: O tempo total da máquina para cada processo de reparo (configuração, usinagem, deposição para híbrido, acabamento) foi registrado.
• Dados de Referência: Os resultados foram comparados com benchmarks publicados para desempenho de ferramentas e padrões de reparo estabelecidos.

3.1 Precisão Dimensional e Restauração Geométrica

• 3.2 Propriedades do Material e Microestrutura
• 3.3 Eficiência do Processo

​4 Discussão

Este estudo comparativo demonstra que a Fabricação Híbrida CNC-Aditiva oferece uma alternativa poderosa e muitas vezes superior à usinagem CNC subtrativa convencional para o reparo de ferramentas de corte de alto valor, particularmente aquelas com geometrias complexas ou danos localizados significativos. As principais descobertas mostram que o CNC-AM híbrido:

• Superioridade para Complexidade: A vantagem significativa do CNC-AM híbrido reside no reparo de ferramentas com geometrias complexas ou danos severos localizados (lascas, bordas quebradas). A capacidade aditiva permite a restauração direcionada sem comprometer o corpo principal da ferramenta, preservando mais do material e da geometria originais e caros – algo que os métodos subtrativos não podem alcançar sem uma reformulação fundamental.
• Desempenho do Material: A deposição bem-sucedida de ligas de grau de ferramenta com dureza apropriada e uma microestrutura sólida confirma a viabilidade técnica do reparo híbrido. A entrada de calor controlada minimizou os efeitos prejudiciais no material de base.
• Compensação de Tempo de Processo: Embora os métodos subtrativos sejam mais rápidos para desgaste direto, o híbrido se torna competitivo ou mais rápido para reparos complexos. O valor reside não apenas no tempo, mas em salvar ferramentas que, de outra forma, poderiam ser descartadas usando apenas métodos subtrativos.
• Limitações: Este estudo se concentrou na viabilidade técnica e nas propriedades iniciais. Dados de desempenho de longo prazo em condições de corte reais, incluindo resistência ao desgaste e vida útil à fadiga em comparação com ferramentas novas e reparos subtrativos, são essenciais. O custo de capital inicial do equipamento CNC-AM híbrido também é significativamente maior do que o das máquinas CNC padrão. O custo do material em pó é um fator, embora muitas vezes compensado pela economia de material na própria ferramenta.
• Implicação Prática: Para fabricantes que lidam com um alto volume de ferramentas complexas e de alto valor, investir na capacidade de reparo CNC-AM híbrido apresenta um caso convincente para reduzir os custos de substituição e o estoque de ferramentas. Ele permite a verdadeira restauração, não apenas a reusinagem. Para ferramentas mais simples ou desgaste menos complexo, os métodos subtrativos permanecem eficientes e econômicos.

Embora o CNC subtrativo permaneça eficiente para padrões de desgaste mais simples, o CNC-AM híbrido desbloqueia valor significativo para aplicações complexas de reparo de ferramentas. A recomendação é que os fabricantes avaliem seu portfólio específico de ferramentas e modos de falha. A implementação deve se concentrar em ferramentas de alto valor com geometrias complexas, onde o custo de substituição é alto. Pesquisas futuras devem priorizar a validação do desempenho de longo prazo em configurações operacionais e análises detalhadas de custo-benefício, incorporando a extensão da vida útil da ferramenta.